萃取分离技术

新型萃取技术,双水相萃取,超临界流体萃取,为什么会形成双水相？,双水相萃取,双水相萃取技术是指把两种聚合物或一种聚合物与一种盐的水溶液混合在一起,由于聚合物与聚合物之间或聚合物与盐之间不相溶性形成两相,是近年来引人注目,极有前途的新型分离技术。,双水相萃取原理,双水相系统是指某些高聚物之间或高聚物与无机盐之间在水中以适当的浓度溶解会形成互不相溶的两水相或多水相系统。例如：葡聚糖与聚乙二醇按一定比例与水混合，溶液混浊，静置平衡后，分成互不相溶的两相，上相富含PEG、下相富含葡聚糖,图为等体积的2.2%葡聚糖与0.72%甲基纤维素的水溶液所形成的双水相,高聚物/高聚物双水相体系高聚物/无机盐双水相体系生物大分子在两相中有不同的分配，从而可用双水相萃取来实现它们的提取和分离,双水相萃取的特点,双水相萃取技术的应用,在生物工程中的应用,(1)萃取分离抗生素,(2)萃取分离酶,(3)分离提纯蛋白质,在药物分析中的应用,（1）磷酸氢二钾双水相体系对栀子黄废液中栀子苷的萃取条件,并将萃取后的栀子苷用于栀子蓝色素的生产,（2）丙醇硫-酸铵双水相体系与超声耦合对回心草中多酚进行提取分离,在金属分离中的应用,传统的金属离子溶剂萃取方法存在着溶剂污染环境、对人体有害、运行成本高、工艺复杂等缺点。近年来,利用双水相技术萃取分离金属离子达到了较高的水平,双水相萃取分离技术的发展方向,1、新型双水相体系的开发,2、金属亲和双水相萃取技术,目前金属离子亲和双水相萃取已应用于多种酶的分离纯化，金属亲和双水相萃取和普通亲和双水相相比,具有以下优点:亲和配基价廉;可用于PEG/盐体系,成本低;亲和配基再生容易。,新型双水相体系主要有两类:廉价高聚物/高聚物体系及新型功能双水相体系,廉价双水相体系的开发目前主要集中在寻找一些廉价的高聚物取代现用昂贵的高聚物,新型功能双水相体系是指高聚物易于回收或操作简便的双水相体系,二、超临界流体萃取,以超临界流体作流动相，直接从固体（粉末）或液体样品中将目标物质（有机物）萃取出来的一种分离方法。,发展历史,在1879年，有过报道关于超临界流体对液体和固体物质具有显著溶解能力这种物理现象。,20世纪50年代，美国从理论上提出SCFE用于萃取分离，的可能性。60年代以后，原西德对这一领域首次做了许多基础和应用性的研究。,1978年1月在西德Essen举行了首次SCFE技术研讨会，联邦德国建成了咖啡豆脱除咖啡因的超临界CO2萃取工业化装置.,近20年来，SCFE技术迅速发展，并被用于化工、石油、食品、医药等工业的热敏性、高沸点物质的分离.,在中国，20世纪80年代SFE-CO2萃取技术更广泛地用于香料的提取。进入90年代后，开始用于中草药的提取.,超临界流体（SupercrticalFluid，SCF）,超临界流体（SCF）：当物质处于临界温度和临界压力以上时，即使继续加压也不液化，只是密度增加，具有类似液体性质和气体性能的物质状态，称为超临界流体。,超临界状态示意图,超临界流体萃取（SFE）技术及特点,利用压力和温度对SCF溶解能力的影响而进行萃取的分离技术。在超临界状态下，物质的物理性质（密度、粘度及扩散性等）发生巨大的变化，其性质介于液体和气体之间，既具有和液体相近的密度，又具有很好的扩散系数，其粘度高于气体但明显低于液体；超临界流体的溶剂化能力与液体相近，SCF分子之间以及SCF分子与目标物分子之间的相互作用较强，可保持高流速使得目标物易溶于SCF。SCF的扩散性和粘度则是接近气态，目标物在超临界流体中可以获得很高的传质速率；具有气体相似的渗透能力，SCF较容易滲透入基体，大大提高了萃取的效率。,超临界流体萃取的基本原理,作为溶剂的超临界流体与被萃取物料接触，使物料中的某些组分(称萃取物)被超临界流体溶解并携带，从而与物料中其他组分（萃余物)分离，之后通过降低压力或调节温度，降低超临界流体的密度，从而降低其溶解能力，使超临界流体解析出其所携带的萃取物，达到萃取分离的目的。,超临界流体萃取技术（SFE）的优缺点,优点,缺点,受SCF种类、性质的限制，萃取的物质和纯度有限。,化学性质稳定，对设备无腐蚀,A,临界温度应接近室温或操作温度，不能太高，也不能太低,B,操作温度应低于被萃取组分的分解、变质温度,C,选择性较好，易于得到纯品,D,对被萃取组分的溶解能力高，以降低萃取剂的消耗,E,超临界流体的选择原则,SFE系统的基本组成包括四部分：SCF系统（泵）、萃取池（器）、控制器和样品收集系统,SFE系统的组成：,控制,基本部件：高压泵（具有程序升压和程序升密功能的加压系统）、萃取池（液相色谱柱、专用萃取池）、收集器、控制器。,压力：压力是影响萃取的关键因素之一，尽管压力对不同物质的溶解度影响不同，但随压力升高，超临界流体的密度增大，所有物质的溶解度都显著增强，特别是在临界点附近压力影响最显著。温度：温度变化不仅可以改变超临界流体的密度，也使目标萃取物的蒸汽压改变。这2种影响导致超临界流体的溶解能力随温度升高先降低，然后再增加。因为压力不变时，升高温度超临界流体的密度减小，导致溶解能力减弱；但目标萃取物的蒸汽压升高，会增大溶解度，有利于提高萃取效率。,超临界流体萃取装置：,缺陷：1、某些物质在纯的超临界流体中溶解度很低，在合理的温度与压力下几乎不能萃取；2、选择性不高，导致分离效果不好；3、溶质溶解度对温度、压力的变化不够敏感，使溶质与超临界流体分离时耗费的能量增加。针对上述问题，在纯流体中加入少量与被萃取物亲和力强的组分，以提高其对被萃取组分的选择性和溶解度，添加的这类物质称为夹带剂，有时也称为改性剂(Modifer)或共溶剂(Cosolvert)。,SFE装置的改进,SFE装置的改进,萃取池增大了池体积，减少池体的死体积，改进了池体取向,采用另外的高压泵独立添加改性剂,收集装置的发展主要是针对易挥发成分进行改进,采用多泵系统精确地控制超临界流体流量的稳定性和精密性,改性剂的作用是改变超临界流体的极性，削弱和破坏目标萃取物与基体物质之间相互作用,可通过添加改性剂改善萃取效果,超临界流体萃取的流程图：,CO2的临界温度为31.06，临界压力为7.39MPa，临界条件容易达到；化学性质不活泼，无色、无味、无毒，安全性好；价格便宜，纯度高，容易获得。在天然产物提取中，CO2超临界流体可以有效地防止热敏性物质的氧化和逸散，完整保留生物活性，且能把高沸点，低挥发性、易热解的物质在沸点温度以下萃取出来；原料中的重金属、无机物、尘土等都不会被二氧化碳溶解带出，真正做到“绿色萃取”；CO2是非极性化合物，在超临界状态下对脂类化合物的萃取是非常适合的，但对极性化合物的萃取效果就不理想。,CO2超临界流体萃取,超临界流体萃取仪：,美国ISCO公司SFX3560全自动超临界萃取仪,日处理样品量很大；有24个样品池和24个收集瓶；可以全天进行无人照看的连续萃取；可避免交叉污染（在2次萃取之间可用CO2SCF或加有改性剂的CO2SCF洗涤系统）,超临界流体萃取工艺方法,1萃取釜；2控压装置；3分离釜；4压缩机。,（a）等温法：在等温条件下，利用高压下超临界流体对被萃取物溶解度大大高于低压条件下的溶解度的特性，将萃取釜中选择性溶解的目标组分在分离釜中析出。能耗高，应用广。,T1=T2，P1P2,（b）等压法：萃取釜与分离釜处于相同压力状态，利用不同温度下超临界流体溶解能力的差异实现分离，在较高温度下萃取，在温度较低的分离釜中使目标组分析出。能耗较小，分离效果受影响限制因素多，应用不多。,1萃取釜；2，5控温装置；3分离釜；4高压泵。,P1=P2，T1T2,（c）吸附法：在等温等压条件下进行萃取，利用分离釜中填充的吸附剂选择性地吸附萃取物中的目标组分实现分离。加热、加压能耗最小，但大多数天然产物很难通过吸附剂来收集产品，适合于能选择性地吸附分离目标组分的体系。,1萃取釜；2，5控温装置；3分离釜；4高压泵。,P1=P2，T1=T2,超临界流体萃取的应用,医药工业,化学工业,食品工业,化妆品香料,中草药提取酶，纤维素精制,金属离子萃取烃类分离共沸物分离高分子化合物分离,植物油脂萃取酒花萃取植物色素提取,天然香料萃取化妆品原料提取精制,从咖啡豆中除去咖啡因大量饮食咖啡因对人体有害。以往工业上除咖啡豆中咖啡因采